冬季电动汽车车厢热环境分析

关于冬季电动汽车车厢热环境分析和冬天汽车流程的题，想必很多人都想了解，下面听小编来介绍吧！

来源|汽车CFD热管理

摘要电动汽车乘客舱的热分析涉及对流、热传导和热辐射之间的强相互作用。基于计算流体力学，对客房进行流场仿真分析，采用RNGk-湍流模型进行计算，在不考虑太阳辐射的情况下对客房进行数值分析，并通过仿真模型进行验证。模拟和测试的综合效率。以仿真得到的温度分布和空气流量作为参考状态变量，从整车设计的角度比较了冬季HVAC出口角度对客舱热环境的影响。结果，当吹风角度与水平方向的夹角为0时，车厢内的浸入温度较高，整体温度分布非常均匀，乘坐舒适性良好。

一、简介

续航里程焦虑是纯电动汽车发展的一大题。与传统燃油汽车相比，纯电动汽车空调系统的主要能量来自于动力电池，而作为动力电池的主要负载之一，空调系统的使用所带来的能耗经常出现。这降低了电动汽车的续驶里程[1]。随着计算机性能的提高和仿真分析软件的发展，越来越多的研究人员利用室内热仿真分析来指导高效节能空调系统的开发，从而提高纯电动汽车的续驶里程。纯电动汽车的热管理是重要的研究方向之一。车辆的乘客车厢相对较小且封闭，车辆的热舒适性直接取决于乘客车厢内部的热环境。影响室内热环境变化的关键因素包括车身设计、环境温度、车身材料的隔热性、车窗材料的光学性能等。据此，国内外研究人员根据车身设计对空调出风口布局和空调送风参数进行了大量的研究，以减少车厢内的热负荷，降低空调系统的能耗。

文献[3]研究并比较了太阳辐射和玻璃特性对室内气流和温度分布的影响，并分析了各种模型的模拟差异。文献[4]中采用不同的送风参数设计了12种仿真方案。通过分析室内温度分布和气流速度分布，说明不同送风温度、风量、角度对热流场和人体的影响。房间内的热舒适度和空调冷负荷受到影响，以空调冷负荷作为节能指标来比较能耗。文献[5]在现有空调装置出风口结构的基础上，设计了三种汽车局部空调装置出风口结构，并与一般汽车空调工况中热舒适性较好的工况进行了比较。

研究表明，通过顶部和侧面送风口组合供风可提供更好的隔热效果并且更经济。文献[6]将人体视为均匀热源，并聚合了人体和房间表面温度、气流、吹风感和PMV-PDD值的UDF分布，考虑了太阳辐射和房间到房间的传热。通过仿真比较分析了人体和环境的各种边界条件设置对人体表面温度的影响。

文献[7]结合实验和仿真得到了舱内温度和速度分布的非均匀性，并基于stolwijk人体热调节模型对两种送风方式下的人体热舒适性进行了对比分析。文献[8]引用人体热工况模型，对不同送风温度、送风速度、送风角度的12种工况进行了仿真计算，以及各种送风参数对车内的影响进行了流场分析。

基于CFD对座舱进行顺利仿真分析，获得座舱内部温度场，并以纯电动客车作为试验车辆进行测试，为仿真研究数据、空间温度等提供数据支撑测量点，收集为国家标准量。对比分析了相同风速和送风温度下，不同出风角度对室内热环境的影响。

2实验设计

庭审将于11月29日12:00至16:00进行。测试车辆停放在平坦的路面上。在开始测试之前，必须确保门窗已关闭。

实验使用温度传感器采集前排座椅、仪表板、挡风玻璃、后排座椅等多个空间点的温度，并使用XSR40-MS2V0无纸记录仪读取和采集传感器温度。温度传感器布局如下如图1所示。

测试流程如下

打开空调直至室温达到20，然后关闭空调开始制冷，由于室外温度较低，当温度传感器值保持稳定5分钟后，即认为房间已达到热平衡。

设置空调风速、温度、出风角度等参数。

打开空调，进行温升测试，当温度传感器值稳定稳定5分钟时，认为房间已达到热平衡，记录测试数据。

测试结束后，重复步骤1，待船员舱再次进水后开始下一次测试。

3建立模型

基于三维CFD对客舱内流场进行仿真分析。经典CFD利用有限体积法将流体域离散成有限个体积恒定的计算单元，整个流场空间的计算单元构建模拟计算网格，然后采用适当的数值计算方法对网格进行计算。根据设定的边界条件，对网格各单元的质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程进行数值分析，计算各单元的流体温度、速度、压力等物理特性，最后，整个连续流动区域的物理特征，被表征为单个单位的物理量[9]。不同的边界条件设置、网格数量、网格质量都对CFD模拟结果产生非常显着的影响。

31数值计算模型

如果空气流速低于当地声速的1/3，则流体可以被认为是不可压缩的流体气体，因此，在本研究中，乘客舱内的空气被认为是不可压缩的流体气体，并且热量容量和粘度是恒定值。传热和流动过程由质量守恒、动量守恒和能量守恒方程控制。笛卡尔坐标下的车内流场控制方程可以用张量形式描述如下

32湍流模型

湍流是水体中流体的一种高度复杂的时空不规则流动状态。当流体处于湍流状态时，随机产生大量大小不同方向的涡流，导致流体速度、温度、压力等流场特征变量产生脉动响应[11]。

动量方程被称为纳维-斯托克斯方程，虽然它们可以准确地描述湍流的细节，但计算量太大。目前，湍流数值分析方法常分为三类直接数值模拟、大规模涡模拟和雷诺时均法。

DNS和LES方法的计算压力比RANS大得多，而RANS采用时间平均方法，计算压力较小，能够满足实际应用需求，因此RANS是目前常用的数值模拟方法。

RNGk-模型用于计算乘客舱内的流场和传热。与其他湍流模型相比，RNGk-模型在计算旋转流、分离流、模拟圆形射流、面内扩散速度和方向相关压力边界层方面更加准确。

333D模型构建和网格分割

该模型根据测试车辆的尺寸建立，简化了客舱内部的复杂特征，并保留了客舱关键部件的特性，以保证网格质量并提高仿真精度。

将Creo模型导入ICEMCFD以生成网格。由于乘员舱内部特征较为复杂，网格方法采用四面体网格结构，并考虑计算量，对速度入口、人体模型等关键检测部位的网格进行了详细细化。为900083，如图2所示。创建网格后，必须设置边界条件，主要边界条件包括入口边界、出口边界和实体壁边界。

4均热过程稳态计算

在这项研究中，在不考虑太阳辐射的情况下对房间的热环境进行了稳态求解。基于Fluent软件，对客舱内流场的瞬态响应过程进行了仿真。固体壁表面的温度通常设置为恒定值。每个实体壁表面的初始温度是根据实验数据校准的。空调进风口没有出风口。在模拟过程中，室温被认为是被淹没的。

当空调出风温度为275、风速为6m/s时，测试后采样点的模拟与测试温度对比图如图3所示。看图可以看到，测试温度与模拟温度相差较小，后座采样点最高温度点为147，误差为735。

当空调出风温度为25、风速为6m/s时，测试后采样点的模拟与测试温度对比图如图3所示。

从图中可以看出，测试温度与模拟温度相差较小，驾驶员座椅采样点最高温度点为118，误差为59。可见，该模型在冬季工况下具有良好的普适性。

5结果分析

仿真过程中，乘客舱Y方向驾驶员平面温度分布如图4所示。采样时间分别为0、50、100、200、400、800、1200和1800秒。

打开空调30分钟后，车内温度从初始设定温度12开始上升。在供暖过程中，房间各区域的温度分布出现明显不均匀。

空调运行50秒后，室内出风口附近温度明显升高，但后方区域影响较小。

开空调100秒后，后座温度也开始升高，开空调400秒后，整个房间的温度明显升高，开空调800秒后，后座温度明显升高。整个房间基本达到舒适温度，温度不再一样，温度明显升高，空调温度明显升高，随着运行，均匀性进一步提高，逐渐达到热平衡。

51热舒适主观评价的理论基础

目前应用最广泛的热舒适评价指标是丹麦学者Fanger教授提出的PMV-PPD热舒适评价方法[12]。

PMV评价指标参考变量包括环境温度、平均辐射温度、相对湿度、平均风速、衣物量、衣物量。人体的热感分为7个等级。

根据ISO7730标准，PMV推荐值为-05

3、社区在管网范围内的，双方必须签订供热意向协议或直接供热协议。

4、承包商在供热公司的指导下，按照政策法规设计集体管网建设方案，提交供热公司审核，然后自行融资建设费用。有的地方按照XX元/平方米的标准向供热公司缴纳配套费，由供热公司进行设计和施工。新社区的建筑成本计入房屋价格并由开发商支付，而老社区的业主通常自掏腰包。

5、供热公司负责建设主网与社区红线之间的支网，有的地区包括换热站，有的地区换热站由开发商直接建设。

6、在此过程中，有的地区供热公司与房东签订供暖合同，有的地区则直接与房东签订供暖合同。

7、供热部门、供热公司或承包商验收合格后，方可进行供暖。有的情况下，系统建成后，热网系统就移交给供热公司运营管理，有的情况下则交由物业管理公司管理。

8、冬季供暖前，供热公司报送当年供暖费用，并根据启动率决定是否提供当年供暖。

600kw柴油发电机冬季启动程序是怎样的？冬季启动流程

1、放水过早或冷却液未放出。怠速行驶后，关闭发动机，待冷却液温度降至60C以下且水摸起来不再热时，关闭发动机并排出水。如果冷却液释放过早，在高温时机身可能会因突然受到冷空气侵袭而突然收缩、破裂。排水时，必须彻底排除体内残留的水分，防止体内因结冰或肿胀而爆裂。

2、由于冬季工作环境恶劣，此时必须经常更换空气滤芯，寒冷的天气对空气滤芯和柴油滤芯的要求特别高，如果不及时更换，会导致发动机磨损增加，对柴油机的寿命会缩短，有直接的影响。

3、冬季启动柴油机时，吸入气缸的空气温度较低，活塞压缩气体后，很难达到柴油的自然温度。因此，在开始之前应该采取适当的辅助方法。